У статті розповідається про пристрій світлодіодних ламп. Розглядаються кілька різних за складністю схем і даються рекомендації по самостійному виготовленню світлодіодних джерел світла, що підключаються до мережі 220 В.

Переваги енергозберігаючих ламп

Переваги енергозберігаючих ламп широко відомі. В першу чергу це власне низьке споживання енергії, а крім того висока надійність. В даний час найбільш широко поширені люмінесцентні лампи. Така лампа, споживає потужність 20 Ватт , Дає таку ж освітленість як стоваттному лампа розжарювання. Неважко підрахувати, що економія електроенергії виходить в п'ять разів.

Останнім часом у виробництві освоюються світлодіодні лампи. Показники економічності і довговічності у них набагато вище, ніж у люмінесцентних ламп. В цьому випадку електроенергії споживається в десять разів менше, ніж лампами розжарювання. Довговічність ж світлодіодних ламп може досягати 50-ти і більше тисяч годин.

Джерела світла нового покоління, звичайно, коштують дорожче простих ламп розжарювання, але споживають значно меншу потужність і мають підвищену довговічність. Два останніх показники покликані компенсувати дорожнечу ламп нових типів.

Практичні схеми світлодіодних ламп

Як перший приклад можна розглянути пристрій світлодіодної лампи розробленої фірмою «СЕА Електронікс» з застосуванням спеціалізованих мікросхем. Електрична схема такої лампи показана на малюнку 1.

Малюнок 1. Схема світлодіодної лампи фірми «СЕА Електронікс»

Ще десять років тому світлодіоди можна було використовувати тільки в якості індикаторів: сила світла становила не більше 1,5 ... 2 мікрокандел. Зараз з'явилися сверхяркие світлодіоди, у яких сила випромінювання доходить до декількох десятків кд.

При використанні потужних світлодіодів спільно з напівпровідниковими перетворювачами з'явилася можливість створення джерел світла, що витримують конкуренцію з лампами розжарювання. Подібний перетворювач і показаний на малюнку 1. Схема досить проста і містить невелику кількість деталей. Це досягнуто за рахунок застосування спеціалізованих мікросхем.

Перша мікросхема IC1 BP5041 - AC / DC перетворювач. Її структурна схема представлена ​​на малюнку 2.

Малюнок 2. Структурна схема BP5041.

Мікросхема виконана в корпусі типу SIP показаний на малюнку 3.

Малюнок 3.

Перетворювач, підключений до освітлювальної мережі 220В, забезпечує на виході напругу 5В при струмі близько 100 міліампер. Підключення до мережі здійснюється через випрямляч, виконаний на діоді D1 (в принципі можливе використання мостової схеми випрямляча) і конденсаторі C3. Резистор R1 і конденсатор C2 усувають імпульсні перешкоди. Дивіться також - Як підключити світлодіодну лампу до мережі 220 В .

Всі пристрій захищене запобіжником F1, номінал якого не повинен перевищувати зазначений на схемі. Конденсатор C3 призначений для згладжування пульсацій вихідної напруги перетворювача. Слід зауважити, що вихідна напруга не має гальванічної розв'язки від мережі, що в даній схемі зовсім не потрібно, але вимагає особливої ​​уважності і дотримання правил техніки безпеки при виготовленні і налагодженні.

Конденсатори C3 і C2 повинні бути на робочу напругу не менше 450 В. Конденсатор C2 повинен бути плівковим або керамічним. Резистор R1 може мати опір в межах 10 ... 20 Ом, що досить для нормальної роботи перетворювача.

Використання даного перетворювача дозволяє відмовитися від застосування понижувального трансформатора, що значно зменшує габарити всього пристрою в цілому.

Відмінною особливістю мікросхеми BP5041 є наявність вбудованої котушки індуктивності як показано на малюнку 2, що дозволяє зменшити кількість навісних деталей і в цілому розміри монтажної плати.

Як діода D1 підійде будь-який діод із зворотним напругою не менше 800 В і випрямленою струмом не менше 500 мА. Таким умовам цілком задовольняє широко поширений імпортний діод 1N4007. на вході випрямляча встановлений варістор VAR1 типу FNR-10K391. Його призначення захист всього пристрою від імпульсних перешкод і статичної електрики.

Друга мікросхема IC2 типу HV9910 є ШІМ стабілізатор струму для суперяскравих світлодіодів. За допомогою зовнішнього MOSFET транзистора струм може встановлюватися в межах від декількох міліампер до 1А. Цей струм задається резистором R3 в колі зворотного зв'язку. Мікросхема випускається в корпусах SO-8 (LG) і SO-16 (NG). Її зовнішній вигляд показаний на малюнку 4, а на малюнку 5 структурна схема.

Малюнок 4. Мікросхема HV9910.

Малюнок 5. Структурна схема мікросхеми HV9910.

За допомогою резистора R2 частота внутрішнього генератора може змінюватися в діапазоні 20 ... 120 КГц. При зазначеному на схемі опір резистора R2 вона буде близько 50 КГц.

Дросель L1 призначений для накопичення енергії в той час, коли транзистор VT1 відкритий. Коли транзистор закриється, то енергія, накопичена в дроселі, через високошвидкісний діод Шотткі D2 віддається светодиодам D3 ... D6.

Тут саме час згадати про самоіндукції і правилі Ленца. Згідно з цим правилом індукційний струм має завжди такий напрямок, що його магнітний потік компенсує зміни зовнішнього магнітного потоку, яке (зміна) викликало цей струм. Тому напрямок ЕРС самоіндукції має напрямок протилежний напрямку ЕРС джерела живлення. Саме тому світлодіоди включені в зворотну сторону по відношенню до живлячої напруги (висновок 1 мікросхеми IC2, позначений на схемі як VIN). Таким чином світлодіоди випромінюють світло за рахунок ЕРС самоіндукції котушки L1.

У даній конструкції застосовані 4 надяскравих світлодіода типу TWW9600, хоча цілком можливе застосування інших типів світлодіодів виробництва інших фірм.

Для управління яскравістю світлодіодів в мікросхемі є вхід PWM_D, ШІМ - модуляція від зовнішнього генератора. У цій схемі така функція не використовується.

При самостійному виготовленні такої світлодіодної лампи слід скористатися корпусом з гвинтовим цоколем розміру E27 від непридатною енергозберігаючої лампи, потужністю не менше 20 Вт. Зовнішній вигляд конструкції показаний на малюнку 6.

Малюнок 6. Саморобна світлодіодна лампа.

Хоча описана схема досить проста, рекомендувати її для самостійного виготовлення можна не завжди: або не вдасться купити зазначені на схемі деталі, або недостатня кваліфікація збирача. Деякі просто можуть злякатися: «А раптом у мене не вийде?». Для подібних ситуацій можна запропонувати ще кілька варіантів більш простих як по схемотехніці, так і в питанні придбання деталей.

Проста світлодіодна лампа для виготовлення в домашніх умовах

Більш проста схема світлодіодної лампи показана на малюнку 7.

Малюнок 7.

На цій схеми видно, що для живлення світлодіодів використовується мостовий випрямляч з ємнісним баластом, який обмежує вихідний струм. Такі джерела живлення економічні і прості, не бояться коротких замикань, їх вихідний струм обмежується опором місткості конденсатора. Подібні випрямлячі часто називають стабілізаторами струму.

Роль ємнісного баласту на схемі виконує конденсатор C1. При ємності 0,47 мкФ робоча напруга конденсатора має бути не менше 630В. Ємність його розрахована так, щоб струм через світлодіоди був близько 20 мА, що є для світлодіодів оптимальним значенням.

Пульсації випрямленої мостом напруги згладжуються електролітичним конденсатором C2. Для обмеження зарядного струму в момент включення служить резистор R1, який також виконує функцію запобіжника в аварійних ситуаціях. Резистори R2 і R3 призначені для розряду конденсаторів C1 і C2 після відключення пристрою від мережі.

Для зменшення габаритів робоча напруга конденсатора C2 вибрано всього 100 В. В разі обриву (перегоряння) хоча б одного з світлодіодів конденсатор C2 зарядиться до напруги 310 В, що неминуче призведе до його вибуху. Для захисту від подібної ситуації цей конденсатор зашунтірован стабілітронами VD2, VD3. Їх напруга стабілізації може бути визначене в такий спосіб.

При номінальному струмі через світлодіод в 20 мА на ньому створюється падіння напруги в залежності від типу в межах 3,2 ... 3,8 В. (Подібне властивість в деяких випадках дозволяє використовувати світлодіоди в якості стабілітронів). Тому неважко підрахувати, що якщо в схемі використовується 20 світлодіодів, то падіння напруги на них складе 65 ... 75 В. Саме на такому рівні буде обмежена напруга на конденсаторі C2.

Стабілітрони слід вибрати так, щоб сумарна напруга стабілізації було трохи вище падіння напруги на світлодіодах. В цьому випадку при нормальному режимі роботи стабілітрони будуть закриті, і на роботу схеми впливати не будуть. Зазначені на схемі стабілітрони 1N4754A мають напругу стабілізації 39 В, а включені послідовно - 78 В.

При обриві хоча б одного з світлодіодів стабілітрони відкриються і напруга на конденсаторі C2 буде стабілізовано на рівні 78 В, що явно нижче робочої напруги конденсатора С2, тому вибуху не відбудеться.

Конструкція саморобної світлодіодної лампи показана на малюнку 8. як видно з малюнка вона зібрана в корпусі від непридатною енергозберігаючої лампи з цоколем Е-27.

Малюнок 8.

Друкована плата, на якій розміщуються всі деталі виконується з фольгованого склотекстоліти будь-яким з доступних в домашніх умовах способів. Для установки світлодіодів на платі просвердлені отвори діаметром 0,8 мм, а для інших деталей 1,0 мм. Креслення друкованої плати показаний на малюнку 9.

Малюнок 9. Друкована плата і розташування деталей на ній.

Розташування деталей на платі показано на малюнку 9в. Всі деталі, крім світлодіодів встановлюються з боку плати, де немає друкованих доріжок. На цій же стороні встановлюється перемичка, також показана на малюнку.

Після установки всіх деталей з боку фольги встановлюються світлодіоди. Монтаж світлодіодів слід починати від середини плати, поступово пересуваючись до периферії. Світлодіоди повинні бути запаяні послідовно, тобто плюсової висновок одного світлодіода з'єднується з негативним висновком іншого.

Діаметр світлодіода може бути будь-яким в межах 3 ... 10 мм. При цьому слід висновки світлодіодів залишати довжиною не менше 5 мм від плати. В іншому випадку світлодіоди можна просто перегріти при пайку. Тривалість пайки, як рекомендують у всіх довідниках, не повинна перевищувати 3-х секунд.

Після того, як плата буде зібрана і налагоджена, її висновки треба підпаяти до цоколю, а саму плату вставити в корпус. Крім зазначеного корпусу можливе застосування більш мініатюрного корпусу, однак при цьому доведеться зменшити розміри друкованої плати, не забуваючи, однак, про габаритах конденсаторів С1 і С2.

Дивіться також: Історія ремонту світлодіодної лампи

Найпростіша схема світлодіодної лампи

Така схема показана на малюнку 10.

Малюнок 10. Найпростіша схема світлодіодної лампи.

Схема містить мінімальну кількість деталей: всього 2 світлодіоди і резистор . На схемі видно, що світлодіоди включені зустрічно - паралельно. При такому включенні кожен з них захищає інший від зворотного напруги, яке у світлодіодів невелика, і напруга мережі явно не витримає. Крім того таке подвійне включення збільшить частоту мерехтіння світлодіодної лампи до 100 Гц, що буде не помітно на око і не буде стомлювати зір. Тут досить згадати, як в цілях економії підключали через діод звичайні лампи розжарювання, наприклад, в під'їздах. На зір вони діяли досить неприємно.

Якщо немає в наявності двох світлодіодів, то один з них можна замінити звичайним випрямному діодом, який захистить випромінюючий діод від зворотного напруги мережі. Напрямок його включення повинно бути тим же, що і у відсутнього світлодіода. При такому включенні частота мерехтіння світлодіода складе 25 Гц, що буде помітно на око, як вже було описано трохи вище.

Для обмеження струму через світлодіоди на рівні 20 мА резистор R1 повинен мати опір в межах 10 ... 11 КОм. При цьому його потужність повинна бути не менше 5 ват. Для зменшення нагрівання його можна скласти з декількох, найкраще трьох, резисторів потужністю 2 Вт.

Світлодіоди можна застосувати ті ж, що були згадані в попередніх схемах або які вдасться придбати. При покупці слід точно дізнатися марку світлодіода, щоб визначити його номінальний прямий струм. Виходячи з величини цього струму, і підбирається опір резистора R1.

Конструкція лампи, зібрана за цією схемою мало відрізняється від двох попередніх: її також можна виготовити в корпусі від непридатною енергозберігаючої люмінесцентної лампи. Простота схеми навіть не передбачає наявності друкованої плати: деталі можуть бути з'єднані навісним монтажем, тому, як кажуть в таких випадках, конструкція довільна.